(57)【要約】【課題】ボイラの排気ガス熱をボイラ給水の加熱に利用するエコノマイザを備えたボイラにおいて、エコノマイザを効果的に防食する方法を提供する。【解決手段】ボイラの排気ガス熱をボイラ給水の加熱に利用するエコノマイザの防食方法であって、該ボイラへ給水を供給する給水ポンプを連続的に稼動させることにより、該エコノマイザに連続的に通水することを特徴とするエコノマイザの防食方法である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボイラの排気ガス熱をボイラ給水の加熱に利用するエコノマイザの防食方法であって、該ボイラへ給水を供給する給水ポンプを連続的に稼動させることにより、該エコノマイザに連続的に通水することを特徴とするエコノマイザの防食方法。
【請求項２】
エコノマイザ内の給水の流速が４ｃｍ／ｓ以上である、請求項１に記載のエコノマイザの防食方法。
【請求項３】
ボイラが小型貫流ボイラである、請求項１又は２に記載のエコノマイザの防食方法。
【請求項４】
防食剤を給水流量比例で給水に添加する、請求項１〜３のいずれかに記載のエコノマイザの防食方法。
【請求項５】
防食剤が、分子内にヒドロキシ基を有する有機酸類である、請求項１〜４のいずれかに記載のエコノマイザの防食方法。
【請求項６】
給水にアルカリ剤を添加することにより、該給水のｐＨを８．５以上とする、請求項１〜５のいずれかに記載のエコノマイザの防食方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はボイラにおけるエコノマイザの防食方法に関し、詳しくは、ボイラの排気ガス熱をボイラ給水の加熱に利用するエコノマイザに連続的に通水することにより、エコノマイザを効果的に防食する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ボイラ系統の腐食を引き起こす主な要因としては、ボイラ給水あるいは缶水が、（１）溶存酸素濃度が高い、（２）ｐＨの適正範囲から外れている、（３）塩化物イオンや硫酸イオン等の有害イオン濃度が高い、の３点が挙げられる。
したがって、ボイラ水系における缶内の水側の腐食を防止するための方法として、一般に薬剤を注入し、ｐＨを適正範囲にコントロールしたり、溶存酸素を除去したり、又は鋼材表面に防食皮膜を形成する等の方法が行われている。この際、ボイラ缶内での濃縮を考慮して薬剤を注入するために、非濃縮部においては、ｐＨが低く薬剤濃度が低いため、防食皮膜の形成が不充分となる。
ボイラのエコノマイザは一般に非濃縮部であるため、低ｐＨでかつ薬剤を添加した場合も濃度が低く防食皮膜の形成が不十分となる。また、エコノマイザ内部では水温が上昇するにもかかわらず、溶存酸素濃度が高いため、腐食性が高く、障害が多く発生している。特に低圧ボイラの炭素鋼製エコノマイザは、腐食破孔障害の発生頻度が高く、設置から２〜３年で破孔に至ることもある。
【０００３】
エコノマイザの防食技術としては、薬剤による防食方法と、脱酸素装置による防食方法が挙げられる。
薬剤による防食方法としては、薬剤をエコノマイザの上流に注入し、ｐＨを調整し、鋼材表面に防食皮膜の形成等を行う方法が挙げられる。この際、エコノマイザの防食に十分な濃度の薬剤を添加すると、ボイラ缶内のような濃縮部においては、ｐＨ、電気伝導度が上昇しすぎてキャリオーバやアルカリ腐食が生じ易い。一方、ボイラ缶内での濃縮を考慮して薬剤を低濃度で注入すると、給水配管やエコノマイザ等の非濃縮部においては、低ｐＨで薬剤濃度が低くなるため防食皮膜の形成が不十分となる。
【０００４】
薬剤による防食方法として、特許文献１には、分子内にカルボキシル基を２個以上もつ有機多塩基酸又はその塩を含むボイラ用缶水処理剤組成物をボイラ運転時にボイラ缶水に添加するボイラの腐食防止方法が開示されている。
特許文献２には、ボイラ給水へケイ酸塩を注入して防食被膜を形成する、エコノマイザの水管やボイラ水管等のボイラ系統の防食方法が開示されている。
また、特許文献３には、ボイラ給水に対して、酒石酸又はその塩、クエン酸又はその塩、及びボイラ給水のｐＨを８〜１２に調整し得る量のアルカリ剤を添加するボイラの腐食・孔食防止方法が開示されている。
一方、窒素置換式等の脱酸素装置による防食の場合、エコノマイザの防食が可能な低濃度まで酸素を除去できる性能を有する脱酸素装置は大型となり、多額の設備投資が必要となることが多く、適用範囲が限定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平４−２３２２８５号公報
【特許文献２】特開２００１−３３６７０１号公報
【特許文献３】特開２００５−２２０３９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１及び２においては、ボイラ缶内における評価しか行っておらず、非濃縮部でありｐＨ条件が大きく異なるエコノマイザに対する効果については何ら検討されていない。
また、特許文献３においては、試験例１による机上評価では連続的な流動条件のみが模擬されるため、給水ポンプのＯＮ／ＯＦＦにより流動、停止が繰り返される実機ボイラの運転条件について検討がなされていない。
本発明は、このような状況下になされたもので、ボイラの排気ガス熱をボイラ給水の加熱に利用するエコノマイザを備えたボイラにおいて、エコノマイザを効果的に防食する方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、前記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、給水ポンプのＯＮ／ＯＦＦの影響がエコノマイザの腐食・孔食を促進させることを発見し、この対策として供給する給水ポンプを連続的に稼動させて、エコノマイザに連続的に通水することにより、前記課題を解決し得ることを見出し、本発明を完成した。
【０００８】
すなわち、本発明は、次の［１］〜［５］を提供するものである。
［１］ボイラの排気ガス熱をボイラ給水の加熱に利用するエコノマイザの防食方法であって、該ボイラへ給水を供給する給水ポンプを連続的に稼動させることにより、該エコノマイザに連続的に通水することを特徴とするエコノマイザの防食方法。
［２］エコノマイザ内の給水の流速が５ｃｍ／ｓ以上である、上記［１］のエコノマイザの防食方法。
［３］ボイラが小型貫流ボイラである、上記［１］又は［２］のエコノマイザの防食方法。
［４］防食剤を給水流量比例で給水に添加する、上記［１］〜［３］のいずれかのエコノマイザの防食方法。
［５］防食剤が、分子内にヒドロキシ基を有する有機酸類である、上記［１］〜［４］のいずれかのエコノマイザの防食方法。
［６］給水にアルカリ剤を添加することにより、該給水のｐＨを８．５以上とする、上記［１］〜［５］のいずれかのエコノマイザの防食方法。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ボイラの排気ガス熱をボイラ給水の加熱に利用するエコノマイザを備えたボイラにおいて、エコノマイザを効果的に防食する方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明における実施例及び比較例において使用した、小型貫流ボイラのエコノマイザを模して作製した試験装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
［防食方法］
本発明のエコノマイザの防食方法（以下、単に「本発明の防食方法」ともいう）は、ボイラの排気ガス熱をボイラ給水の加熱に利用するエコノマイザの防食方法であって、該ボイラへ給水を供給する給水ポンプを連続的に稼動させることにより、該エコノマイザに連続的に通水することを特徴とする。
【００１２】
本発明の防食方法における対象水系は、ボイラ水系システムであって、給水種としては、純水給水、逆浸透（ＲＯ）給水、軟水給水のいずれも適用可能である。
ボイラの形式は特に制限されず、ボイラの排気ガス熱をボイラ給水の加熱に利用するエコノマイザを備えるものであればよく、小型貫流ボイラ、特殊循環ボイラ、水管ボイラ、丸ボイラ、排熱回収ボイラ等のボイラにおいて広範に使用することができるが、給水ポンプのＯＮ／ＯＦＦにより流動、停止が繰り返されるケースが多い小型貫流ボイラに好適に使用することができる。
本発明における小型貫流ボイラとは、ＪＩＳ  Ｂ８２２３における特殊循環ボイラを意味する。すなわち、主として管によって構成され、一端から水を送り込み、他端から汽水混合物を取り出し、汽水分離器で分離後、加熱管へ戻る熱水の量が汽水混合物の５０％以下となる水管ボイラをいう。小型貫流ボイラの給水方式は一般的に給水ポンプのＯＮ／ＯＦＦ制御により給水されるため、小型貫流ボイラに設置されるエコノマイザの伝熱管内部では給水の流動、停止が繰り返される環境である。
適用するボイラの圧力に特に制限はないが、圧力が高くなりすぎると添加する防食剤等が熱分解し易くなるため、好ましくは３．０ＭＰａ以下、より好ましくは２．０ＭＰａ以下の圧力下で使用することが望ましい。
【００１３】
次に、本発明のエコノマイザの防食方法について、具体的に説明する。
本発明においては、給水ポンプとボイラ本体との間にエコノマイザが設置されているボイラを用いる。
ボイラへの給水は、蒸気発生量に応じて、給水量がボイラ安全低水位面以上（必要最低給水量）、かつ高水位面以下を維持するように給水ポンプを制御することにより、給水ポンプを連続的に稼動させ、給水が停止することがないように、エコノマイザに連続的に通水する。
給水ポンプの制御は、インバ−タで給水ポンプのモーター回転数を制御することで給水量を適正値に是正するインバータ制御とすることが好ましく、所望の流量、流速とするよう、給水ポンプに駆動指令信号を出力する。
【００１４】
エコノマイザ内の給水の流速は、防食効果の観点から、４ｃｍ／ｓ以上が好ましく、８ｃｍ／ｓ以上がより好ましく、１５ｃｍ／ｓ以上が更に好ましい。前記流速が４ｃｍ／ｓ未満では、鉄錆等が堆積し、その下部で二次腐食が起きやすくなり、また、薬剤成分の併用時においては、防食効果が不充分になるおそれがある。
本発明においては、上記の給水方法によって、エコノマイザに連続的に通水すると共に、下記の薬剤成分を、必要に応じて当該エコノマイザの上流より、給水流量比例で添加することにより、当該エコノマイザ及びボイラ缶内を併せて防食する。
【００１５】
［添加薬剤成分］
本発明の防食方法においては、上記の給水方法によって、エコノマイザに連続的に通水すると共に、薬剤成分を、必要に応じて、エコノマイザの上流より、給水流量比例で添加すれば、防食効果が相乗的に高まり、酸化皮膜の欠損の発生頻度が大幅に減少する。これにより、エコノマイザのみならず、ボイラ缶内を併せて防食することができる。
添加薬剤成分としては、既存の防食剤、アルカリ剤、スケール防止剤、脱酸素剤、中和性アミン等が挙げられる。
これらの添加薬剤成分は、本発明の目的を阻害しない範囲において、任意に混合してボイラ水系に添加してもよく、また別々に添加してボイラ水系内で混合してもよい。
これらの添加薬剤成分は一種単独で又は二種以上を組み合わせて用いることができる。
【００１６】
（防食剤）
防食剤としては特に制限はないが、防食効果の観点から、分子内にヒドロキシ基を有する有機酸類が好ましい。
分子内にヒドロキシ基を有する有機酸類としては、クエン酸、イソクエン酸、グルコン酸、グルコール酸、酒石酸、エリソルビン酸、リンゴ酸、乳酸、アスコルビン酸、２−ホスホノブタン−１，２，４−トリカルボン酸（ＰＢＴＣ）及びヒドロキシホスホノ酢酸（ＨＰＡＣ）、並びにそれらの塩から選ばれる少なくとも一種を挙げることができる。
前記塩としては、ナトリウム塩やカリウム塩等のアルカリ金属塩、アンモニウム塩等が挙げられる。
なお、前記２−ホスホノブタン−１，２，４−トリカルボン酸（ＰＢＴＣ）及びヒドロキシホスホノ酢酸（ＨＰＡＣ）は下記の構造を有している。
【００１７】
【化１】
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【００１８】
これらの有機酸類の中では、クエン酸、酒石酸、グルコン酸、エリソルビン酸、アスコルビン酸及びそれらの塩がより好ましい。
なお、これらの有機酸類のボイラ給水に対する添加濃度は、好ましくは合計で２０〜６０ｍｇ／Ｌ、より好ましくは合計で２５〜５５ｍｇ／Ｌである。
【００１９】
（アルカリ剤）
アルカリ剤は、ボイラ給水及びボイラ水のｐＨを８．５以上に維持し、それにより金属腐食を抑制するために用いることができる。
ｐＨは高い方が防食効果が高いが、ボイラ水系等のように後段で濃縮が起こる水系では、ｐＨを高くしすぎると後段の装置の運転に影響を与えるため、ｐＨは好ましくは８．５〜１０．５、より好ましくはｐＨ８．５〜１０．０、更に好ましくはｐＨ８．５〜９．５である。
アルカリ剤としては、例えば水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウム等のアルカリ金属水酸化物、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム等のアルカリ金属炭酸塩、リン酸三ナトリウム、リン酸水素ナトリウム等のアルカリ金属リン酸塩等が挙げられる。これらの中では、ｐＨ調整効果及び熱分解により二酸化炭素を発生させない観点から、アルカリ金属水酸化物が好ましく、経済性の観点から、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等がより好ましい。
【００２０】
（スケール防止剤）
スケール防止剤としては、例えば各種リン酸塩や、ポリアクリル酸、ポリマレイン酸、及びそれらのナトリウム塩等の水溶性高分子化合物、ホスホン酸塩，キレート剤等が挙げられる。
【００２１】
（脱酸素剤、脱酸素装置）
脱酸素剤としては、例えばヒドラジン、カルボヒドラジド、１−アミノピロリジン、１−アミノ−４−メチルピペラジン、Ｎ，Ｎ−ジエチルヒドロキシルアミン、タンニン（酸）及びその塩、エリソルビン酸及びその塩、アスコルビン酸及びその塩等が挙げられる。
また、窒素置換式、膜式、真空式等の脱酸素装置と併用してもよい。
【００２２】
（中和性アミン）
中和性アミンとしては、例えばモノエタノールアミン（ＭＥＡ）、シクロへキシルアミン（ＣＨＡ）、モルホリン（ＭＯＲ）、ジエチルエタノールアミン（ＤＥＥＡ）、モノイソプロパノールアミン（ＭＩＰＡ）、３−メトキシプロピルアミン（ＭＯＰＡ）、２−アミノ−２−メチル−１−プロパノール（ＡＭＰ）等を用いることができる。
【００２３】
［水質の調整］
ボイラ給水のＭ−アルカリ度やシリカが不足する場合には、アルカリ剤及びケイ酸塩（Ｎａ2ＳｉＯ2等）を添加することで、防食効果を更に向上することができる。
アルカリ剤及びケイ酸塩の添加濃度は、Ｍ−アルカリ度が５ｍｇＣａＣＯ3／Ｌ以上、かつシリカが５ｍｇＳｉＯ2／Ｌ以上、好ましくはＭ−アルカリ度が１０ｍｇＣａＣＯ3／Ｌ以上、かつシリカが１０ｍｇＳｉＯ2／Ｌ以上、より好ましくはＭ−アルカリ度が１５ｍｇＣａＣＯ3／Ｌ以上、かつシリカが１５ｍｇＳｉＯ2／Ｌ以上となるように、薬注量を調節するのがよい。
【００２４】
本発明の防食方法は、エコノマイザに連続的に給水する防食方法であって、必要に応じて薬剤を併用し、エコノマイザの上流より給水流量比例で添加することにより、エコノマイザ及びボイラ缶内を併せて、効果的に防食することができる。
【実施例】
【００２５】
次に、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの例によってなんら限定されるものではない。
【００２６】
実施例１〜１０及び比較例１〜１０
図１に示す小型貫流ボイラのエコノマイザを模して作製した試験装置を用いて、次のように運転を行い、本発明の防食効果を確認した。
試験水タンク２の内部に設置されているヒーター３と、熱媒タンク１３の内部に設置されているヒーター１４を、それぞれ稼動させて、試験水及び熱媒を加温した。給水は純水に試薬を所定の濃度になるように添加した合成水を用い、防食剤は、薬注タンク４より、給水ポンプ６に連動させた薬注ポンプ５を介して給水ラインに添加した。
その後、テストカラム８及びテストカラム１０に、それぞれ脱脂、秤量したテストチューブを設置し、給水ポンプ６及び熱媒ポンプ１５を稼動させて試験を開始した。なお、溶存酸素は飽和であった。
【００２７】
温度条件は、エコノマイザの水側の入口、出口の温度領域を想定し、それぞれ６０℃、１２０℃にて試験を行った。給水方法は、実機ポンプを模した運転として断続給水（給水ポンプが起動１分４０秒（起動時流速２４ｃｍ／ｓ）、停止１分の繰り返し運転）と、連続給水（流速が常に１５ｃｍ／ｓとなるようにポンプが連続運転）で防食効果を確認した。また、１時間当たりの給水量は、それぞれ３７．５Ｌ／ｈに設定した。所定の試験期間経過後に装置を停止し、冷却後にＪＩＳ Ｋ １００に準じて脱錆処理を行い、期間中のテストチューブ腐食減量を算出した。
表１及び表２に、各温度条件において、試験日数が６日の腐食減量から、３日の腐食減量を差し引いて、試験期間３日間として腐食速度を示した。
【００２８】
試験水としては、下記組成の合成水を使用した。また、表１及び表２に示す濃度となるように、防食剤を給水ラインに添加した。
（合成水の組成）
ベース            ：超純水
ＮａＨＣＯ3       ：ＣａＣＯ3として４０ｍｇ／Ｌ
ＨＣｌ及びＮａＣｌ：Ｃｌ-として４０ｍｇ／Ｌ
Ｎａ2ＳＯ4        ：ＳＯ42-として４０ｍｇ／Ｌ
Ｎａ2ＳｉＯ3      ：ＳｉＯ2として３０ｍｇ／Ｌ
給水ｐＨ          ：２５℃  ９．０（ＮａＯＨ又はＨＣｌで調整）
【００２９】
【表１】
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【００３０】
【表２】
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【００３１】
表１における実施例１〜５と比較例１〜５との対比、及び表２における実施例６〜１０と比較例６〜１０の対比から、いずれの温度条件でも、断続給水に比べて、連続給水すると腐食速度が非常に小さくなり、防食効果が優れていることが分かる。
【００３２】
実施例１１〜１３及び比較例１１
給水タンクで６０℃に加温された試験水が、リボンヒーターを巻き付けたテストチューブ内を流れるような小型貫流ボイラのエコノマイザを模した簡易な試験装置を用いた。試験水には、実施例１〜１０と同様にして調整された合成水を用いた。なお、溶存酸素は飽和であった。
温度条件は６０℃にて試験を行った。給水方法は、実機ポンプを模した運転として、断続給水（給水ポンプが起動１分（起動時流速２０ｃｍ／ｓ）、停止１分の繰り返し運転）と、連続給水（流速が常に５又は１０又は２０ｃｍ／ｓとなるようにポンプが連続運転）で防食効果を確認した。所定の試験期間経過後に装置を停止し、冷却後にＪＩＳ Ｋ １００に準じて脱錆処理を行い、期間中のテストチューブ腐食減量を算出した。
表３に、各流速条件での試験日数が１０日の腐食減量から３日の腐食減量を差し引いて、試験期間７日間として腐食速度を示した。
【００３３】
【表３】
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【００３４】
表３における実施例１１〜１３と比較例１１を対比すれば、流速条件が変化しても、断続給水時に比べて、連続給水時の方が腐食速度が非常に小さくなっており、防食効果が優れていることが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明の腐食防止方法によれば、簡便な操作で、ボイラの非濃縮部であるエコノマイザを効果的に防食することができる。
【符号の説明】
【００３６】
１  補給水
２  試験水タンク
３、１４  ヒーター
４  薬注タンク
５  薬注ポンプ
６  給水ポンプ
７  流量計
８、１０  テストカラム
９、１１  温度計
１２  背圧弁
１３  熱媒タンク
１５  熱媒ポンプ
１６  熱交換器
１７  流量調節バルブ
【図１】
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